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Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise eine mehrstufige Zyklon-Filtervorrichtung.
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Filtervorrichtungen für Kraftfahrzeuge, z. B. für Kraftfahrzeug-Motoren, weisen meist einen optionalen Vorabscheider und einen Hauptfilter auf. Der Vorabscheider ist meist als einstufiger Zyklonluftfilter mit einem oder mehreren parallel angeordneten Zyklonen aufgebaut. Der Hauptfilter umfasst meist ein austauschbares Filterelement. Der Hauptfilter ist erforderlich, da der als Zyklonluftfilter ausgeführte Vorabscheider über keine ausreichende Abscheideleistung verfügt, insbesondere weil der beaufschlagte Volumenstrom so gut wie nie den optimalen Arbeitsbereich erreicht, z. B. durch die permanent wechselnde Unterdruckerzeugung und/oder Drehzahl des Kraftzeug-Motors. Zudem erzeugt der Vorabscheider meist einen unwirtschaftlich hohen Widerstand. Das austauschbare Filterelement des Hauptfilters ist nachteilhaft, weil es relativ teuer, umweltschädlich und aufwendig zu wechseln ist sowie einen steigenden Druckverlust bzw. steigenden Widerstand erzeugt.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative und/oder verbesserte Filtervorrichtung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen. Diese Aufgabe kann mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst werden. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Die Erfindung schafft eine Filtervorrichtung für ein Kraftfahrzeug, z. B. ein Personenkraftwagen oder ein Nutzfahrzeug, wie etwa ein Omnibus oder ein Lastkraftwagen. Die Filtervorrichtung ist vorzugsweise eine mehrstufige, insbesondere mehrstufig betreibbare Zyklon-Filtervorrichtung.
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Die Filtervorrichtung umfasst zweckmäßig zumindest eine Einlassöffnung für zu filternde Luft und zumindest eine Auslassöffnung für gefilterte Luft.
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Die Filtervorrichtung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass sie eine Zyklonfilteranordnung aufweist, die eine erste Zyklonfiltereinrichtung und eine nachgeschaltete, stromabwärts dazu angeordnete zweite Zyklonfiltereinrichtung umfasst.
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Die erste Zyklonfilteranordnung dient dazu, groben Schmutz und bereits einen Teil des Feinstaubs aus der zu filternden Luft zu filtern, während die zweite Zyklonfiltereinrichtung dazu dient, Feinstaub und/oder mikroskopisch kleine Partikel aus der zu reinigenden Luft zu filtern.
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Es ist möglich, dass die Filtervorrichtung zumindest eine parallel zu der Zyklonfilteranordnung betreibbare zusätzliche Zyklonfilteranordnung aufweist und somit mehrstufig ausgeführt ist. Die zumindest eine zusätzliche Zyklonfilteranordnung ist zweckmäßig bedarfsabhängig und/oder volumenstromabhängig (z. B. unterdruckabhängig) dazuschaltbar. Dadurch kann vorzugsweise ermöglicht werden, dass die Filtervorrichtung mit vordefiniert gleichbleibender Qualität, insbesondere in Bezug auf den Abscheidegrad, arbeitet und zwar zweckmäßig unabhängig davon, wie hoch der Volumenstrom (z. B. der Unterdruck), die Schmutzbelastung und/oder wie lange die Betriebsdauer ist. Die Anzahl der zusätzlichen Zyklonfilteranordnungen kann in Abhängigkeit des Volumenstrombedarfs und einer konstruktiven Bedarfsberechnung gewählt werden. Die Filtervorrichtung kann z. B. zumindest eine, zumindest zwei, zumindest drei, zumindest vier, zumindest fünf oder sogar zumindest sechs zusätzliche Zyklonfilteranordnungen aufweisen. Je höher z. B. der Volumenstrombedarf (z. B. der Unterdruck) und/oder die Drehzahl eines Kraftfahrzeug-Motors wird, desto mehr zusätzliche Zyklonfilteranordnungen können zweckmäßig sukzessive, insbesondere nacheinander, parallel dazugeschaltet werden.
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Die zumindest eine zusätzliche Zyklonfilteranordnung kann eine erste Zyklonfiltereinrichtung und eine nachgeschaltete, stromabwärts dazu angeordnete zweite Zyklonfiltereinrichtung aufweisen.
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Es ist möglich, dass die zweite Zyklonfiltereinrichtung der ersten Zyklonfilteranordnung und/oder der zumindest einen zusätzlichen Zyklonfilteranordnung zumindest zwei parallel betreibbare Zykloneinheiten umfasst.
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Die zumindest eine zusätzliche Zyklonfilteranordnung umfasst vorzugsweise eine Ventileinrichtung, z. B. eine Unterdruckventileinrichtung. Die Ventileinrichtung dient dazu, durch Öffnen oder Schließen davon die zumindest eine zusätzliche Zyklonfilteranordnung bedarfsabhängig und/oder volumenstromabhängig (z. B. unterdruckabhängig) dazu- oder abzuschalten. Die Ventileinrichtung kann z. B. als Gummilasche oder Schließelement mit Beaufschlagungsteil (wie etwa ein Edelstahlplättchen mit Andruckfeder, etc.) ausgeführt sein. Steigt z. B. der Volumenstrombedarf, hat das zur Folge, dass sich der Unterdruck in der Filtervorrichtung erhöht. Die Zyklonfilteranordnung erzeugt einen Widerstand X. Übersteigt der Unterdruck einen bestimmten Wert, öffnet sich die Ventileinrichtung und die zusätzliche Zyklonfilteranordnung wird dazugeschaltet. Bei abnehmenden Volumenstrombedarf schließt sich die Ventileinrichtung, so dass die dazugeschaltete zusätzliche Zyklonfilteranordnung wieder abgeschaltet wird. Die Ventileinrichtung kann der zweiten Zyklonfiltereinrichtung vor- oder nachgeschaltet sein.
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Die Filtervorrichtung kann mehrere zusätzliche Zyklonfilteranordnungen aufweisen, die jeweils eine Ventileinrichtung umfassen. Die Ventileinrichtungen weisen zweckmäßig unterschiedliche Ansprechdrücke (z. B. Ansprechunterdrücke) auf und dienen dazu, durch Öffnen oder Schließen davon die zusätzlichen Zyklonfilteranordnungen bedarfsabhängig und/oder volumenstromabhängig sukzessive, insbesondere nacheinander, dazu- oder abzuschalten. Steigt z. B. der Volumenstrombedarf, hat das zur Folge, dass sich der Unterdruck in der Filtervorrichtung erhöht. Die Zyklonfilteranordnung erzeugt einen Widerstand X1. Übersteigt der Unterdruck einen bestimmten Wert, öffnet sich die Ventileinrichtung mit dem niedrigsten Ansprechdruck (z. B. Ansprechunterdruck) und die dazugehörige zusätzliche Zyklonfilteranordnung wird dazugeschaltet. Erhöht sich der Volumenstrombedarf weiter, hat das zur Folge, dass sich der Unterdruck in der Filtervorrichtung wieder entsprechend erhöht. Die bereits dazugeschaltete zusätzliche Zyklonfilteranordnung erzeugt einen Widerstand X2. Die Ventileinrichtung mit dem nächstgrößeren Ansprechdruck (z. B. Ansprechunterdruck) öffnet sich und die dazugehörige zusätzliche Zyklonfilteranordnung wird dazugeschaltet. Dieser Vorgang kann sich zweckmäßig n-mal wiederholen, mit n = 1, 2, 3, 4, 5, 6 etc. Bei abnehmenden Volumenstrombedarf schließen sich die Ventileinrichtungen in umgekehrter Reihenfolge, so dass die dazugehörigen zusätzlichen Zyklonfilteranordnungen entsprechend abgeschaltet werden.
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Das bedarfsabhängige und/oder volumenstromabhängige Dazu- oder Abschalten zumindest einer zusätzlichen Zyklonfilteranordnung ermöglicht insbesondere, dass die Filtervorrichtung quasi stets in einem optimierten Wirkbereich arbeiten kann und zwar im Wesentlichen unabhängig von einem sich ändernden Volumenstrombedarf und/oder der Betriebsdauer der Filtervorrichtung. Insbesondere können die Zyklonfilteranordnung und die zumindest eine zusätzliche Zyklonfilteranordnung mit einem vordefinierten Volumenstrom, vorzugsweise einem weitestgehend gleichbleibenden Volumenstrom, beaufschlagt werden. Ferner kann z. B. auf einen separaten Vorabscheider verzichtet werden, selbst bei hoher Schmutzbelastung.
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Die erste Zyklonfiltereinrichtung kann eine Ausgangsöffnung für Schmutz und/oder Wasser aufweisen. Ebenso kann die zweite Zyklonfiltereinrichtung eine Ausgangsöffnung für Schmutz und/oder Wasser aufweisen.
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Die Filtervorrichtung kann außerdem eine Impulseinrichtung zur Impulserzeugung aufweisen (z. B. eine Druckluftleitung mit ansteuerbarer Ventileinrichtung), um Staub und/oder Wasser über eine Austrittsöffnung aus der Filtervorrichtung hinaus zu befördern. Die Impulseinrichtung kann die Filtervorrichtung z. B. in vorgegebenen Intervallen zweckmäßig mit Luftimpulsen beaufschlagen. Die Impulse dienen dazu, den ggf. angesammelten Schmutz und/oder Wasser über die Austrittsöffnung aus der Filtervorrichtung zu befördern.
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Es ist möglich, dass eine einzige Einlassöffnung vorgesehen ist, über die die Zyklonfilteranordnung und die zumindest eine zusätzliche Zyklonfilteranordnung mit zu filternder Luft versorgt werden können. Ebenso ist es möglich, dass eine einzige Auslassöffnung vorgesehen ist, über die die von der Zyklonfilteranordnung und der zumindest einen zusätzlichen Zyklonfilteranordnung gefilterte Luft aus der Filtervorrichtung abführbar ist.
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Die Filtervorrichtung kann zudem eine Sicherheitseinrichtung mit einem Filterelement und einem Druckwächter umfassen. Der Druckwächter wird aktiviert, wenn das Filterelement mit zu verstaubter Luft beaufschlagt wird.
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Die Zyklonfilteranordnung und die zumindest eine zusätzliche Zyklonfilteranordnung sind vorzugsweise in ein und demselben Gehäuse untergebracht.
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Die Filtervorrichtung kann z. B. als Filtervorrichtung zur Filterung von Luft für einen Kraftfahrzeug-Motor (z. B. ein Verbrennungs-, Diesel- oder Elektromotor) oder als Filtervorrichtung zur Filterung von Luft für einen Kraftfahrzeug-Innenraum ausgeführt sein.
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Die Filtervorrichtung wird vorzugsweise ohne Wechsel-Filterelement ausgeführt. Sonst übliche Wartungsintervalle können entfallen.
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Mit der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung können vorzugsweise die folgenden Vorteile erzielt werden: Nachhaltigkeit, hohe Umweltverträglichkeit, Kraftstoff- und/oder Energieeinsparung, gute Abgaswerte und/oder keine Wechselfilter-Austausch- oder Serviceintervalle.
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Die erfindungsgemäße Filtervorrichtung eignet sich insbesondere für Einsatzzwecke mit wechselnden Volumenströmen.
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Die Erfindung umfasst ferner ein Kraftfahrzeug, z. B. einen Personenkraftwagen oder ein Nutzfahrzeug, insbesondere einen Lastkraftwagen oder einen Omnibus sowie Fahrzeuge für die Land-, Forst- und Bauwirtschaft mit einer Filtervorrichtung wie hierin beschrieben.
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Die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart und ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Figuren.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Filtervorrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Filtervorrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
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Die unter Bezugnahme auf die Figuren beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung stimmen teilweise überein, wobei ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsform oder Figur verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Filtervorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Filtervorrichtung 1 ist als Filtervorrichtung 1 zur Filterung von Luft für einen Kraftfahrzeug-Motor M ausgeführt. Die Filtervorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse G und eine Einlassöffnung E für zu filternde Luft und eine Auslassöffnung A für gefilterte Luft.
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Die Filtervorrichtung 1 umfasst ferner eine Zyklonfilteranordnung Z1, die eine erste Zyklonfiltereinrichtung 2.1 für groben Schmutz und eine nachgeschaltete zweite Zyklonfiltereinrichtung 3.1 für feinen Schmutz (z. B. Feinstaub) umfasst. Die zweite Zyklonfiltereinrichtung 3.1 umfasst drei parallel betreibbare Zykloneinheiten 3a, 3b, 3c. Die Zyklonfiltereinrichtung 3.1 hat eine Ausgangsöffnung 6.1 für Schmutz und/oder Wasser.
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Die Filtervorrichtung 1 umfasst zudem eine parallel zu der Zyklonfilteranordnung Z1 betreibbare zusätzliche Zyklonfilteranordnung Z2. Die zusätzliche Zyklonfilteranordnung Z2 umfasst eine erste Zyklonfiltereinrichtung 2.2 für groben Schmutz und eine nachgeschaltete zweite Zyklonfiltereinrichtung 3.2 für feinen Schmutz (z. B. Feinstaub). Die zweite Zyklonfiltereinrichtung 3.2 umfasst drei parallel betreibbare Zykloneinheiten 3d, 3e, 3f. Die Zyklonfiltereinrichtung 3.2 hat eine Ausgangsöffnung 6.2 für Schmutz und/oder Wasser.
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Die Zyklonfilteranordnung Z1 und die zusätzliche Zyklonfilteranordnung Z2 sind in dem Gehäuse G untergebracht und werden über die Einlassöffnung E mit zu filternder Luft versorgt und geben ihre gefilterte Luft über die Auslassöffnung A aus der Filtervorrichtung 1 aus.
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Die zusätzliche Zyklonfilteranordnung Z2 umfasst eine Ventileinrichtung 4, vorzugsweise eine Unterdruckventileinrichtung, z. B. eine Gummilasche, ein Edelstahlplättchen mit Andruckfeder, etc.. Die Ventileinrichtung 4 dient dazu, durch ihr Öffnen oder Schließen die zusätzliche Zyklonfilteranordnung Z2 bedarfsabhängig, insbesondere volumenstromabhängig dazu- oder abzuschalten. Erhöht sich die Drehzahl des Kraftfahrzeug-Motors M, erhöht sich ebenfalls der Volumenstrombedarf des Kraftfahrzeug-Motors M. Dies hat zur Folge, dass sich der Unterdruck in der Filtervorrichtung 1 erhöht. Die Zyklonfilteranordnung Z1 erzeugt einen Widerstand X1. Die Ventileinrichtung 4 öffnet sich, wenn der Unterdruck einen vorbestimmten Wert übersteigt, woraufhin die zusätzliche Zyklonfilteranordnung Z2 dazugeschaltet wird. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die Zyklonfilteranordnung Z1 und die zusätzliche Zyklonfilteranordnung Z2 vordefiniert betrieben und somit zweckmäßig optimal ausgelastet werden können.
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Die Filtervorrichtung 1 umfasst ferner eine optionale Impulseinrichtung 5 zur Impulserzeugung mittels Druckluft, um Schmutz und/oder Wasser über eine Austrittsöffnung 7 (z. B. ein Abluftventil, etwa aus zwei gegenüberliegenden Gummilippen) aus der Filtervorrichtung 1 hinaus zu befördern. Die Impulseinrichtung 5 wirkt vorzugsweise mit einem Druckluftsystem zusammen, das in Nutzfahrzeugen üblicherweise schon vorhanden ist.
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Die Filtervorrichtung 1 umfasst außerdem eine Sicherheitseinrichtung 8, die zwischen dem Kraftfahrzeug-Motor M und der Auslassöffnung A angeordnet ist. Die Sicherheitseinrichtung 8 umfasst ein Filterelement und einen Druckwächter, wobei der Druckwächter aktiviert wird, wenn das Filterelement mit zu verstaubter Luft beaufschlagt wird.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Filtervorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
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Eine Besonderheit der in 2 gezeigten Filtervorrichtung 1 ist, dass sie nicht nur eine zusätzliche Zyklonfiltereinrichtung Z2 aufweist, sondern insgesamt drei zusätzliche Zyklonfilteranordnungen Z2, Z3 und Z4.
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Die zusätzliche Zyklonfilteranordnung Z2 umfasst eine Ventileinrichtung 4.2, die zusätzliche Zyklonfilteranordnung Z3 umfasst eine Ventileinrichtung 4.3 und die zusätzliche Zyklonfilteranordnung Z4 umfasst eine Ventileinrichtung 4.4. Die Ansprechdrücke(-unterdrücke) der Ventileinrichtungen 4.2 bis 4.4 sind unterschiedlich und nehmen mit der Anzahl der zusätzlichen Zyklonfilterordnungen Z2 bis Z4 zu. So ist der Ansprechdruck(-unterdruck) der Ventileinrichtung 4.3 größer als der Ansprechdruck(-unterdruck) der Ventileinrichtung 4.2. Der Ansprechdruck(-unterdruck) der Ventileinrichtung 4.4 ist größer als der Ansprechdruck(-unterdruck) der Ventileinrichtung 4.3.
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Die in 2 gezeigte Filtervorrichtung 1 funktioniert im Wesentlichen wie folgt:
Erhöht sich der Volumenstrombedarf (z. B. weil sich die Drehzahl eines Kraftfahrzeug-Motors erhöht), hat das zur Folge, dass sich der Unterdruck in der Filtervorrichtung 1 erhöht. Die Zyklonfilteranordnung Z1 erzeugt einen Widerstand X1. Die Ventileinrichtung 4.2 öffnet sich, wenn der Unterdruck einen vorbestimmten Wert übersteigt, woraufhin die zusätzliche Zyklonfilteranordnung Z2 dazugeschaltet wird.
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Erhöht sich der Volumenstrombedarf weiter (z. B. weil sich die Drehzahl des Kraftfahrzeug-Motors weiter erhöht), hat das zur Folge, dass sich der Unterdruck in der Filtervorrichtung 1 wieder weiter erhöht. Die zusätzliche Zyklonfilteranordnung Z2 erzeugt einen Widerstand X2. Die Ventileinrichtung 4.3 öffnet sich, wenn der Unterdruck einen vorbestimmten Wert übersteigt, woraufhin die zusätzliche Zyklonfilteranordnung Z3 dazugeschaltet wird.
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Erhöht sich der Volumenstrombedarf noch weiter (z. B. weil sich die Drehzahl des Kraftfahrzeug-Motors noch weiter erhöht), hat das zur Folge, dass sich der Unterdruck in der Filtervorrichtung 1 wieder noch weiter erhöht. Die zusätzliche Zyklonfilteranordnung Z3 erzeugt einen Widerstand X3. Die Ventileinrichtung 4.4 öffnet sich, wenn der Unterdruck einen vorbestimmten Wert übersteigt, woraufhin die zusätzliche Zyklonfilteranordnung Z4 dazugeschaltet wird.
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Bei abnehmenden Volumenstrombedarf (z. B. aufgrund abnehmender Drehzahl des Kraftfahrzeug-Motors) schließt sich zunächst die Ventileinrichtung 4.4, woraufhin die zusätzliche Zyklonfilteranordnung Z4 abgeschaltet wird, dann die Ventileinrichtung 4.3, woraufhin die zusätzliche Zyklonfilteranordnung Z3 abgeschaltet wird und dann die Ventileinrichtung 4.2, woraufhin die zusätzliche Zyklonfilteranordnung Z2 abgeschaltet wird.
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Mit dem zuvor beschriebenen Prinzip ist es möglich, dass die Filtervorrichtung 1 durch bedarfsabhängiges, insbesondere volumenstromabhängiges Dazu- oder Abschalten zumindest einer zusätzlichen Zyklonfilteranordnung quasi stets in einem optimalen Wirkbereich arbeitet und zwar zumindest nahezu unabhängig des sich ändernden Volumenstrombedarfs und/oder der Betriebsdauer der Filtervorrichtung 1 (durch gleichbleibende Druckdifferenz und sinkendem Gesamtwiderstand, je höher die Drehzahl des Kraftfahrzeug-Motors). Dadurch ist ein Kraftfahrzeug-Motor z. B. im Kraftstoffverbrauch sparsamer, hat bessere (umweltfreundlichere) Abgaswerte und einen höheren Wirkungsgrad. Elektromotoren können ebenso mit einem verbesserten Wirkungsgrad versehen werden, z. B. falls die Filtervorrichtung 1 zur Innenraumbelüftung des Kraftfahrzeugs eingesetzt wird.
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Bei abnehmenden Volumenstrombedarf (z. B. aufgrund abnehmender Drehzahl des Kraftfahrzeug-Motors) schließen sich die Ventileinrichtungen 4.2–4.4 in umgekehrter Reihenfolge, wodurch zunächst die zusätzliche Zyklonfilteranordnung Z4 abgeschaltet wird, dann die zusätzliche Zyklonfilteranordnung Z3 abgeschaltet wird und dann die zusätzliche Zyklonfilteranordnung Z2 abgeschaltet wird.
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Die zusätzlichen Zyklonfilteranordnungen Z2–Z4 sind somit sukzessive dazu- oder abschaltbar.
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Zu erwähnen ist, dass sich die Filtervorrichtung 1 nicht nur als Filtervorrichtung zur Filterung von Luft für einen Kraftfahrzeug-Motor eignet, sondern auch als Filtervorrichtung zur Filterung von Luft für einen Kraftfahrzeug-Innenraum.
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Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Darüber hinaus beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Merkmalen und Ansprüchen.
